永磁电机电磁场及应力场的时步有限元计算研究

以一台22 k W永磁电机为例,利用时步有限元方法综合分析电机内的电磁场与机械应力场的分布情况,研究其运行在几种常见工况下的机械应力、应变,得到了电机转子在极端情况下的变形。计算结果表明,对于该自起动永磁电机,在带载起动、过载失步等情况下转子机械变形严重,转子损毁的风险较大。介绍的分析方法对于电机设计及保证电机安全运行有着重要的参考意义。     

激光辐照光学材料热力效应的解析计算和损伤评估

光学元件的损伤是高功率激光技术发展的一个瓶颈，为此以连续CO2激光辐照K9玻璃为例，研究了连续激光辐照光学材料的热力损伤机理。通过积分变换方法，求解热传导和热弹性力学方程组，由此得到激光辐照引起的温度场和热应力场的瞬态分布。研究中发现在高斯光束作用下，热扩散长度的概念不再适用，因此通过曲线拟合方法，推导出最大热应力的位置与辐照时间的关系，并由此计算出材料的损伤阈值。由于K9玻璃的应力损伤阈值小于熔融损伤阈值，因此当激光作用引起的环向热应力大于材料的抗拉强度时，材料发生永久性损伤，损伤形态为拉伸解理。将理论模型的相关结论与实验结果相对比，两者吻合得很好。     

液晶显示玻璃基板激光切割热应力场的有限元仿真

激光切割玻璃基板是一个复杂的激光与材料相互作用的过程。为了掌握切割过程中热应力场的动态分布,提高切割质量,提出了一种热应力场的仿真方法。在有限元软件Ansys环境下,建立了三维液晶显示玻璃基板激光切割热应力场的有限元分析模型。采用间接法方式对温度场和热应力场进行耦合;通过APDL参数化编程语言,实现了对激光移动热源及射流冲击换热模型的仿真。仿真结果表明:在切割过程中,激光照射区内表现为压应力,压应力最大值出现在热源中心处;在激光光斑前、后一段距离内及冷却点附近均表现为拉应力。增大冷却效果及减小冷却点与激光光斑间的距离,均可增大拉应力δy的值。     

高斯光束通过非轴对称光学系统的变换

高斯光束通过非轴对称光学系统时就变成像散椭圆高斯光束。本文使用矩阵方法研究了有简单像散高斯光束的变换特性,推导出像空间中xoz和yoz面上束腰重合和相等的条件,以及一股地,像空间中光斑椭圆变成圆和等相面为球面的条件,并以数值计算例说明。     

压力管道在线焊接的数值模拟

运用有限元法对压力管道在线焊接的温度场和应力场进行数值模拟,考虑随温度变化的材料性能以及对流辐射的影响,计算结果与无管内介质流动的情形进行比较.结果表明,管内流动的介质带走了焊接时的大量热量,加速管壁的冷却,管内壁的峰值温度远低于无介质流动时;介质压力对完全冷却后的轴向应力产生较大影响.     

基于非线性分析的非轴对称磁流体动力学建模

传统的动力学建模方法对模型参数变化模拟效果不佳,为此,提出一种基于非线性分析的非轴对称磁流体动力学建模方法。构建磁流体动力学物理特征结构模型,分析非轴对称磁流体动力学特征;通过非线性分析方法确定磁流体中近阴离子、近阳离子的建模边界条件;引进麦克斯韦方程组,描述磁流体中等离子体相关参数,基于等离子体密度分布特征构建多相流方程;结合对磁流体力学的非线性分析,实现建模过程中动力学参数变化模拟,按照各个结构的设置方式,在ANSYS Fluent软件中实现对磁流体动力学模拟。实验结果表明,提出的动力学建模方法在应用到实际非轴对称磁流体结构当中可以实现对其动力学参数变化的精准模拟,方便对该动力学特征进行更加全面地分析。     

3D打印随形冷却模具零件的温度场和应力场数值模拟

针对3D打印随形冷却模具零件产生的热积累现象,数值模拟了打印过程中零件的温度场和应力场,并通过实验分析了热积累对打印质量的影响。在基板未预热条件下,打印零件温度分布的均匀性差,热积累效应的影响明显。热应力主要集中在零件底部与基板连接处,冷却后零件的残余应力和变形较大。打印模具零件表面的挂渣严重,尺寸偏差较大,硬度偏低。在基板预热150℃条件下,打印零件温度分布相对均匀,热积累效应的影响减小。由于温度梯度变小导致的局部热应力和残余应力减小,变形减小,打印零件表面挂渣减少,尺寸精度提高,硬度增大,打印质量更好。     

型钢混凝土构件复合受扭性能试验及强度计算

为研究双轴对称型钢混凝土构件的复合受扭性能,以配钢形式、箍筋间距、混凝土强度、轴压比、扭弯比为变化参数,完成了10个型钢混凝土试件的单调加载试验。研究了压弯剪扭复合受力下构件的破坏形态、扭率-扭矩曲线,并以叠加原理为基础,探讨双轴对称型钢混凝土构件在扭矩作用下的开裂扭矩和极限扭矩计算。结果表明,试件均经历了开裂荷载前的弹性阶段、弹塑性阶段和峰值扭矩后的破坏阶段;10个试件最终呈扭型破坏;闭合角钢桁架混凝土构件受扭承载力明显优于实腹式十字形型钢混凝土构件;轴压比从0.1增加到0.2,试件受扭承载力平均增长11.5%;扭弯比从0.5增加到1.0,试件受扭承载力平均减小2.3%。根据改进的内力分配法和叠加原理提出的计算公式,其计算值与试验值吻合较好。     

大巷孤岛煤柱应力分布规律的研究与实践

针对原岩应力场在工作面回采后出现重新分布会导致形成孤岛煤柱支承应力影响等问题,以南庄煤矿8836工作面为例,通过建模模拟大巷孤岛煤柱应力分布状态,对大巷孤岛煤柱的应力进行分析,优化了8836煤柱工作面回采巷道的布置,为后期南庄煤矿各个工作面巷道的布置、煤柱留设尺寸的选取提供理论依据。     

EXPERIMENTAL STUDY ON THE FLOW FIELD CHARACTERISTICS IN THE MIXING REGION OF TWIN JETS

Twin jets flow, generated by two identical parallel axisymmetric nozzles, has been experimentally investigated. The dimensionless spacing (B) between two nozzles were set at 1.89, 1.75 and 1.5. Measurements have been carried out at several free-stream velocities ranging from 10 m/s to 25 m/s or Reynolds numbers (based on the nozzle diameter of 44 mm) ranging from 3.33×104 to 8.33×104. The results show that the twin jets attract each other. With the increasing Reynolds number, the turbulence energy grows, which indicates that the twin jets attract acutely. The jet flow field and the merging process of two jets vary with B. The width of the twin jets flow spreads linearly downstream and grows with B. The merging between two jets occurs at the location closer to the nozzle exit for the cases with smaller spacing between nozzles and higher Reynolds number.